基于Stereo-PIV技术的三维发卡涡结构定量测量研究

发布时间：2021-06-05 14:08

　　发卡涡是湍流相干结构研究中最为关注的内容,实现发卡涡三维结构的定量测量并进行流体动力学分析,对深入研究湍流相干结构、实现湍流精准控制等具有重要意义.本研究通过对合成射流装置进行合理控制,使得层流边界层中产生了规则的人造发卡涡结构,进而用体视图像粒子测速仪（Stereo-PIV）锁相实验技术对发卡涡结构所在的三维空间流场进行了定量测量,并得到了一个完整周期内形成的发卡涡三维结构的空间流场.结果发现,重构所得的三维发卡涡结构质量较高,实验技术和方案具有可行性.发卡涡结构所在空间流场情况,符合目前人们对于发卡涡、高低速条带、喷射和扫掠事件的常规认识.此外,对近壁二次流向涡、展向涡量集中区域的展向涡头和强剪切区域、与低速喷射流体相关的汇聚流动和发散流动等有了更细致的认识.同时,也探讨了"基于二维脉动流场的相关特征去重构发卡涡三维流场"的可行性.为进一步定量探究发卡涡结构的形成演化、不同涡结构的融合及二次诱导等壁湍流相干结构问题提供思路. 

【文章来源】：力学学报. 2020,52(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

实验平台布局示意图

图2为分别用2D-PIV测量流法向平面和StereoPIV测量展法向平面获得的层流边界层外尺度无量纲化的平均速度剖面,二者与Blasisus曲线符合较好,验证了流场和Stereo-PIV实验的可靠性.1.1.2 合成射流装置及其控制系统

合成射流腔体是一个长方形腔体(如图3所示),长H=100 mm,宽W=25 mm.腔体上有流体进出的一端连接在一个圆盘平板上;而另一端是隔膜片,可在电磁激振器的作用下,振动片使薄膜在腔体内上下做活塞运动,带动流体进出腔体.圆盘上有N=5个沿展向整齐排列的圆形射流出口,孔深h=5 mm(即圆板厚度),孔径为D0=5 mm,相邻两个射流出口的展向间距?z=9 mm.圆盘恰好嵌入边界层平板的圆形开孔中,且两者配合的表面光滑无台阶.在合成射流研究中,αA和RV是两个非常重要的无量纲参量[31],其中αA是空腔截面积与射流出口总截面积的比值,定义为

【参考文献】：
期刊论文
[1]减阻工况下壁面周期扰动对湍流边界层多尺度的影响[J]. 王帅杰,崔晓通,白建侠,唐湛棋,姜楠.  力学学报. 2019(03)
[2]基于PIV技术分析颗粒在湍流边界层中的行为[J]. 高天达,孙姣,范赢,陈文义,轩瑞祥.  力学学报. 2019(01)
[3]逆向涡对超疏水壁面减阻影响的TRPIV实验研究[J]. 苏健,田海平,姜楠.  力学学报. 2016(05)
[4]Study on local topology model of low/high streak structures in wall-bounded turbulence by tomographic time-resolved particle image velocimetry[J]. Haiping TIAN,Nan JIANG,Yongxiang HUANG,Shaoqiong YANG.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2015(09)
[5]壁湍流相干结构和减阻控制机理[J]. 许春晓.  力学进展. 2015(00)
[6]The spatial-temporal evolution of coherent structures in log law region of turbulent boundary layer[J]. Xiao-Bo Zheng,Nan·Jiang.  Acta Mechanica Sinica. 2015(01)
[7]光滑圆盘上小半球对边界层发展影响的实验研究(英文)[J]. 王晋军,丁海河.  实验流体力学. 2005(04)



本文编号：3212308